EP2907393A1 - Lactosefreie Milchprodukte - Google Patents

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EP2907393A1
EP2907393A1 EP14155481.6A EP14155481A EP2907393A1 EP 2907393 A1 EP2907393 A1 EP 2907393A1 EP 14155481 A EP14155481 A EP 14155481A EP 2907393 A1 EP2907393 A1 EP 2907393A1
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EP
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lactose
ultrafiltration
free
retentate
permeate
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Sven-Rainer Döring
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    • A23C2210/25—Separating and blending
    • A23C2210/252—Separating a milk product in at least two fractions followed by treatment of at least one of the fractions and remixing at least part of the two fractions

Definitions

  • the invention is in the field of the dairy industry and relates to a novel process for the preparation of lactose-poor or lactose-free products and to a corresponding device.
  • lactase cleaves the disaccharide lactose into the metabolisable sugars D-galactose and D-glucose.
  • lactase the enzyme lactase
  • the activity of lactase decreases to about 5-10% of activity at birth. This applies to humans and all other mammals.
  • lactase persistence Only in populations that have been practicing dairy farming for a long time has a mutation been established that leads to sufficient lactase production even in adulthood (lactase persistence). Presumably, this is because the higher lactase activity offered a selection advantage (minerals, nutritional value) for these groups.
  • lactase intolerance or lactose intolerance affects the majority of the adult population (90% or more), in Western Europe, Australia and North America it is 5-15% (fair-skinned people). In Germany it is estimated that 15-25 % of the total population in lactose intolerance.
  • lactose intolerance is a congenital enzyme deficiency that lacks the appropriate enzymes that break up and break down the milk sugar into its component parts.
  • at least the awareness of a connection of the mentioned symptoms with the presence of lactose, especially in dairy products has grown considerably. This has led to a great need for low-lactose or better still lactose-free products.
  • VAL EP 0208706 A1
  • VAL EP 226035 A1
  • the object of the present invention was thus to provide a process for the production of lactose-free dairy products which reliably overcomes the described disadvantages of the prior art and in particular makes it possible to provide lactose-free milk products in a significantly reduced reaction time, which moreover contain no enzymes anymore.
  • the first method step is to subject the skim milk to an ultrafiltration or a combination of di- and ultrafiltration and to separate it into a permeate P1 and a retentate R1.
  • Permeate P1 contains the lactose and is treated with lactase in an enzyme reactor.
  • the reaction mixture is circulated through a nanofiltration device, in which the lactose-free permeate P2 is discharged and the unreacted lactose and lactase-containing retentate R2 is recycled to the reactor.
  • Core element of the process according to the invention are thus filtration steps with membranes of different selectivity.
  • Ultra- and nanofiltration are filtration techniques in the field of membrane technology, with which macromolecular substances and small particles can be separated from a medium and concentrated. A distinction is made between microfiltration, ultrafiltration and nanofiltration over the degree of separation. If the exclusion limit (or 'cut-off') is 100 nm or more, this is called microfiltration, and if the exclusion limit is in the range between 2-100 nm, this is called ultrafiltration, and the nanofiltration limit is below 2 In each of these cases are purely physical, ie mechanical membrane separation processes that operate on the principle of mechanical size exclusion: all particles in the fluids, which are larger than the membrane pores, are retained by the membrane. The driving force in both separation processes is the differential pressure between inlet and outlet of the filter surface, which is between 0.1 and 40 bar.
  • the exclusion limits of ultrafiltration membranes are also given in the form of the NMWC (nominal molecular weight cut-off, also MWCO, Molecular Weight Cut Off, unit: Dalton). It is defined as the minimum molecular mass of globular molecules that are retained by the membrane to 90%. In practice, the NMWC should be at least 20% lower than the molecular weight of the molecule to be separated. Further qualitative statements about the filtration can be made on the basis of the flux (water value) (transmembrane flow or passage rate). In the ideal case, this behavior is proportional to the transmembrane pressure and reciprocal to the membrane resistance. These quantities are determined by the properties of the membrane used as well as by concentration polarization and possibly occurring fouling. The passage rate is based on 1 m 2 membrane area. Their unit is l / (m 2 h bar).
  • membranes For ultrafiltration, membranes have proven particularly suitable which have a pore diameter in the range of about 1,000 to about 50,000 daltons, and preferably about 5,000 to about 25,000 daltons.
  • the nanofiltration preferably prefers pore diameters in the range of 100 to 5,000 and preferably about 500 to 2,000 daltons.
  • the material of the filter surface - in both ultra- and nanofiltration - can be stainless steel, polymer materials, ceramics, alumina or textile fabrics.
  • the filter elements can be candle filters, flat membranes, spiral wound membranes, pocket filters and hollow fiber modules which are all basically suitable for the purposes of the present invention.
  • spiral wound membranes made of polymer materials or candle filters made of ceramic or aluminum oxide are preferably used, with the first embodiment having proved to be particularly preferred for ultrafiltration and the second for nanofiltration.
  • both ultra and nanofiltration may be “hot” or “cold”, i. be carried out in the temperature range of about 4 to about 55 ° C. However, it is preferable to operate at temperatures in the low range of about 5 to about 20 ° C (ultrafiltration) or 20 to 30 ° C (nanofiltration).
  • Ultrafiltration serves to produce a lactose-containing and a lactose-free product stream.
  • the first is now fed to a hydrolysis, the latter temporarily stored in a tank.
  • Lactose belongs to the group of disaccharides and consists of the two molecules D-galactose and D-glucose, which are linked by a ⁇ -1,4-glycosidic bond.
  • Lactose is treated with the enzyme lactase (also referred to as LPH or LCT) for degradation in the two sugar components.
  • the hydrolysis is preferably carried out in a stirred tank with continuous inlet and outlet and a metering device for adding the enzyme and a valve located at the bottom of the reactor for discharging the activated enzyme, which sediments over time. It has been found advantageous to employ an effective enzyme concentration of about 180,000 to 250,000 lactose FCC units per kg of lactose to be hydrolysed and the reaction at temperatures in the range of about 23 to about 27 ° C and a slightly acidic pH of about 5 to perform 6.
  • the reactor is connected to a NF unit so that the entire reaction mixture is constantly circulated across the membrane. Lactose-free solution is delivered via the permeate side, which is then passed into the reservoir and mixed with the retentate from the UF unit, while the retentate is recycled to the reactor. Enzyme is not lost in this way, only spent catalyst must be fed either continuously or batchwise to ensure the most uniform possible enzyme concentration. Inactive enzyme decreases in the course of the process to the ground and can then be drained by a bottom valve at a brief interruption of the process.
  • Skimmed milk was cooled to 15 ° C and added continuously at a rate of 100 l / h via a UF pilot plant equipped with a spiral wound membrane (cut-off 20,000 daltons).
  • the resulting retentate R1 was moved to a collection mixing tank, the lactose-containing permeate P1, however, pumped into a continuously operated stirred reactor with a capacity of 100 l and there with an amount of lactase added that a concentration of about 200,000 FCC units / kg lactose was achieved ,
  • the lactose-free permeate P1 was passed into the mixing container and mixed with the retentate R1.
  • the unreacted lactose and enzyme-containing retentate R2 was returned to the enzyme reactor.
  • the final product in the sump had a lactose concentration of less than 0.1% by weight and was free of enzymes and enzyme degradation products.
  • Skimmed milk was continuously fed at a temperature of 30 ° C at a rate of 120 l / h via a UF pilot plant equipped with a spiral wound membrane (cut-off 15,000 daltons).
  • the resulting retentate R1 was moved to a collection mixing tank, the lactose-containing permeate P1, however, pumped into a continuously operated stirred reactor with a capacity of 100 l and there with an amount of lactase added that a concentration of about 200,000 FCC units / kg lactose was achieved ,
  • the lactose-free permeate P1 was passed into the mixing container and mixed with the retentate R1.
  • the unreacted lactose and enzyme-containing retentate R2 was returned to the enzyme reactor.
  • the final product in the sump had a lactose concentration of less than 0.1% by weight and was free of enzymes and enzyme degradation products.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von lactosefreien Milchprodukten, bei dem man (a) Magermilch einer Ultrafiltration oder einer Kombination von Dia- und Ultrafiltration unterwirft, (b) das lactosefreie Retentat R1 in einen Vorratsbehälter und das lactosehaltige Permeat P1 in einen Enzymreaktor leitet, (c) dem Permeat P1 eine zum enzymatischen Abbau der darin enthaltenen Lactose ausreichende Menge Lactase zusetzt, (d) die so erhaltene Reaktionsmischung einer Nanofiltration unterwirft, (e) das lactosefreie Permeat P2 in den Vorratsbehälter fördert und mit dem lactosefreien Retentat R2 vermischt und (f) das Retentat R2, welches noch nicht umgesetzte Lactose und Enzym enthält wieder in den Enzymreaktor zurückführt.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Milchindustrie und betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von lactosearmen oder lactosefreien Produkten sowie eine entsprechende Vorrichtung.
    • STAND DER TECHNIK
  • Neugeborene Säugetiere bilden während ihrer Stillzeit das Enzym Laktase, welches das Disaccharid Milchzucker in die vom Stoffwechsel verwertbaren Zuckerarten D-Galaktose und D-Glukose spaltet. Im Laufe der natürlichen Entwöhnung von der Muttermilch sinkt die Aktivität der Laktase auf etwa 5-10 % der Aktivität bei der Geburt. Das gilt für den Menschen und alle anderen Säugetiere. Nur bei Populationen, die seit langer Zeit Milchwirtschaft betreiben, hat sich eine Mutation durchgesetzt, die dazu führt, dass auch noch im Erwachsenenalter genügend Lactase produziert wird (Laktasepersistenz). Vermutlich liegt das daran, dass die höhere Lactaseaktivität einen Selektionsvorteil (Mineralstoffe, Nährwert) für diese Gruppen bot.
  • Bei mangelhafter Lactaseaktivität gelangt ungespaltener Milchzucker beim Menschen bis in den Dickdarm, wo er von Darmbakterien aufgenommen und vergoren wird. Als Gärungsprodukte entstehen Milchsäure sowie Methan und Wasserstoff. Die Gase führen unter anderem zu Blähungen, die osmotisch aktive Milchsäure zu einem Wassereinstrom in den Darm (osmotischer Diarrhoe).
  • In Asien und Afrika betrifft die fehlende Lactasepersistenz bzw. Lactoseintoleranz den größten Teil der erwachsenen Bevölkerung (90 % oder mehr), in Westeuropa, Australien und Nordamerika sind es 5-15 % (bei hellhäutigen Menschen).In Deutschland leiden nach Schätzungen 15-25 % der Gesamtbevölkerung an einer Milchzuckerunverträglichkeit. Der Grund für eine Lactoseintoleranz ist ein angeborener Enzymmangel, bei dem die entsprechenden Enzyme fehlen, die den Milchzucker in seine Einzelteile aufspalten und abbauen. In den letzten Jahren ist zumindest das Bewusstsein für einen Zusammenhang der genannten Symptome mit der Anwesenheit von Lactose insbesondere in Milchprodukten stark gewachsen. Dies hat dazu geführt, dass es ein großes Bedürfnis nach lactosearmen oder besser noch lactosefreien Produkten gibt.
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Verfahren bekannt, mit deren Hilfe man Lactose aus Milchprodukten entweder abtrennt und als Nebenprodukt weiterverarbeitet oder durch Zugabe entsprechende Enzyme abbaut.
  • Sie wird beispielsweise in der EP 0208706 A1 (VALIO ) die Abtrennung von Lactose aus Magermilch durch Ultrafiltration beschrieben.
  • Gegenstand der EP 226035 A1 (VALIO ) ist ein Verfahren, bei dem die Lactose mit Hilfe von Kationenaustauschern chromatographisch aus der Milch entfernt wird.
  • In der WO 2008 000895 A1 (VALIO ) wird vorgeschlagen, Milch mit Lactase zu behandeln und dabei teilweise zu hydrolysieren, anschließend das Enzym durch Temperaturbehandlung zu inaktivieren und schließlich nicht umgesetzte Lactose durch ansäuern zu zerstören.
  • Ein weiteres Verfahren ist aus der EP 1503630 B1 (VALIO ) bekannt: Dabei wird Milch einer Ultrafiltration unterworfen, das gewonnene Permeat nanofiltriert, das daraus erhaltene Permeat durch Umkehrosmose aufkonzentriert und dann mit Lactase behandelt. Nach einer ausreichenden Verweilzeit wird das lactosearme Produkt mit dem Retentat vereinigt und weiterverarbeitet.
  • Ein gemeinsames Problem bei den Verfahren des Stands der Technik besteht jedoch in den langen Standzeiten, die erforderlich sind, um einen möglichst vollständigen Abbau der Lactose sicherzustellen, sowie dem Umstand, dass die Enzyme im Produkt verbleiben.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat somit darin bestanden, ein Verfahren zur Herstellung lactosefreier Milchprodukte zur Verfügung zu stellen, das die geschilderten Nachteile des Stands der Technik zuverlässig überwindet und es insbesondere erlaubt, lactosefreie Milchprodukte in deutlich verkürzter Reaktionszeit zur Verfügung zu stellen, die zudem auch keine Enzyme mehr enthalten.
    • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von lactosefreien Milchprodukten, bei dem man
    • (a) Magermilch einer Ultrafiltration oder einer Kombination aus Dia- und Ultrafiltration unterwirft,
    • (b) das lactosefreie Retentat R1 in einen Vorratsbehälter und das lactosehaltige Permeat P1 in einen Enzymreaktor leitet,
    • (c) dem Permeat P1 eine zum enzymatischen Abbau der darin enthaltenen Lactose ausreichende Menge Lactase zusetzt,
    • (d) die so erhaltene Reaktionsmischung einer Nanofiltration unterwirft,
    • (e) das lactosefreie Permeat P2 in den Vorratsbehälter fördert und mit dem lactosefreien Retentat R2 vermischt und
    • (f) das Retentat R2, welches noch nicht umgesetzte Lactose und Enzym enthält wieder in den Enzymreaktor zurückführt.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass mit Hilfe der beschriebenen Maßnahmen, speziell der Rückführung nichtumgesetzter Lactose und Enzym, der Durchsatz an Milch zur Herstellung der lactosefreien Produkte signifikant erhöht wird. Die Verfahrensweise ist so beschaffen, dass nicht nur ein diskontinuierlicher, sondern insbesondere auch ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist. Die Produkte sind lactosefrei bzw. im Wesentlichen lactosefrei, d.h. der Anteil an Lactose liegt unter 0,1 Gew.-%. Darüber hinaus finden sich keine Enzyme oder Enzymabbauprodukte in den Endprodukten. Dies bedeutet auf der anderen Seite auch wieder, dass kein aktives Enzym verloren geht. Im Enzymreaktor muss nur die Menge an Enzym ersetzt werden, die tatsächlich inaktiviert wird. Es liegt auf der Hand, dass durch diese Maßnahmen die Rentabilität des Verfahrens erheblich gesteigert wird.
    • FILTRATIONSVERFAHREN
  • Der erste Verfahrensschritt besteht darin, die Magermilch einer Ultrafiltration bzw. einer Kombination aus Dia- und Ultrafiltration zu unterwerfen und in ein Permeat P1 und ein Retentat R1 aufzutrennen. Das Permeat P1 enthält die Lactose und wird in einem Enzymreaktormit Lactase behandelt. Die Reaktionsmischung wird dabei im Kreis über eine Nanofiltrationseinrichtung geführt, bei der das lactosefreie Permeat P2 ausgeschleust und das noch nicht umgesetzte Lactose sowie Lactase enthaltende Retentat R2 in den Reaktor zurückgeführt wird. Kernelement des erfindungsgemäßen Verfahrens sind damit Filtrationsschritte mit Membranen unterschiedlicher Trennschärfe.
  • Ultra- und Nanofiltration sind Filtrationsverfahren aus dem Bereich der Membrantechnik, mit der sich makromolekulare Substanzen und kleine Partikel aus einem Medium abtrennen und aufkonzentrieren lassen. Man unterscheidet Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration über den Grad der Abtrennung. Liegt die Ausschlussgrenze (oder auch "Cut-off') bei 100 nm oder darüber, spricht man von Mikrofiltration. Liegt die Ausschlussgrenze in dem Bereich zwischen 2-100 nm, bezeichnet man dies als Ultrafiltration. Bei der Nanofiltration liegt die Ausschlussgrenze unterhalb von 2 nm. In jedem dieser Fälle handelt es sich um rein physikalische, d.h. mechanische Membrantrennverfahren, die nach Prinzip des mechanischen Größenausschlusses arbeiten: alle Partikel in den Fluiden, die größer als die Membranporen sind, werden von der Membran zurückgehalten. Treibende Kraft in beiden Trennverfahren ist der Differenzdruck zwischen Zulauf und Ablauf der Filterfläche, der zwischen 0,1 und 40 bar liegt.
  • Die Ausschlussgrenzen von Ultrafiltrationsmembranenen werden auch in Form des NMWC (englisch: Nominal Molecular Weight Cut-Off, auch MWCO, Molecular Weight Cut Off, Einheit: Dalton) angegeben. Er ist definiert als die minimale Molekülmasse globulärer Moleküle, welche durch die Membran zu 90% zurückgehalten werden. In der Praxis sollte der NMWC mindestens 20 % niedriger sein als die Molmasse des abzutrennenden Moleküls. Weitere qualitative Aussagen über die Filtration lassen sich anhand des Flux (Wasserwert) (Transmembranfluss oder Durchtrittsrate) machen. Dieser verhält sich im Idealfall proportional zum Transmembrandruck und reziprok zum Membranwiderstand. Diese Größen werden sowohl von den Eigenschaften der verwendeten Membran als auch durch Konzentrationspolarisation und eventuell auftretendes Fouling bestimmt. Die Durchtrittsrate wird auf 1 m2 Membranfläche bezogen. Ihre Einheit ist l/(m2h bar).
  • Für die Ultrafiltration haben sich Membranen als besonders geeignet erwiesen, die einen Porendurchmesser im Bereich von etwa 1.000 bis etwa 50.000 und vorzugsweise etwa 5.000 bis etwa 25.000 Dalton besitzen. Die Nanofiltration bevorzugt Porendurchmesser im Bereich von 100 bis 5.000 und vorzugsweise etwa 500 bis 2.000 Dalton.
  • Der Werkstoff der Filterfläche - sowohl bei der Ultra- als auch der Nanofiltration - kann Edelstahl, Polymerwerkstoffen, Keramik, Aluminiumoxid oder textilen Gewebe darstellen. Es gibt verschiedene Erscheinungsformen der Filterelemente: Kerzenfilter, Flachmembranen, Spiralwickelmembranen, Taschenfilter und Hohlfasermodule, die im Sinne der vorliegenden Erfindung alle grundsätzlich geeignet sind. Vorzugsweise werden jedoch Spiralwickelmembranen aus Polymerwerkstoffen oder Kerzenfilter aus Keramik oder Aluminiumoxid eingesetzt, wobei sich die erste Ausführungsform für die Ultrafiltration und die zweite für die Nanofiltration besonders bevorzugt erwiesen hat.
  • Sowohl Ultra- als auch Nanofiltration können im Sinne der vorliegenden Erfindung "heiß" oder "kalt", d.h. im Temperaturbereich von etwa 4 bis etwa 55 °C durchgeführt werden. Bevorzugt ist es jedoch, bei Temperaturen im niedrigen Bereich von etwa 5 bis etwa 20 °C (Ultrafiltration) bzw. 20 bis 30 °C (Nanofiltration) zu arbeiten.
    • HYDROLYSE
  • Die Ultrafiltration dient dazu einen lactosehaltigen und einen lactosefreien Produktstrom zu erzeugen. Erster wird nun einer Hydrolyse zugeführt, letzterer in einem Tank zwischengelagert.
  • Lactose gehört zur Gruppe der Disaccharide und besteht aus den beiden Molekülen D-Galactose und D-Glucose, die über eine β-1,4-glycosidische Bindung verbunden sind.
    Figure imgb0001
  • Zum Abbau in die beiden Zuckerkomponenten wird Lactose mit dem Enzym Lactase (auch als LPH oder LCT bezeichnet) versetzt. Die Hydrolyse erfolgt vorzugsweise in einem Rührbehälter mit kontinuierlichem Zulauf und Ablauf sowie einer Dosiervorrichtung zur Zugabe des Enzyms und einem am Boden des Reaktors befindlichen Ventil zum Ablassen desaktivierten Enzyms, das im Laufe der Zeit sedimentiert. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine wirksame Enzymkonzentration von etwa 180.000 bis 250.000 FCC-Einheiten Lactase pro kg zu hydrolysierender Lactose einzusetzen und die Reaktion bei Temperaturen im Bereich von etwa 23 bis etwa 27 °C sowie einem leicht sauren pH-Wert von etwa 5 bis 6 durchzuführen.
  • Wie oben beschrieben ist der Reaktor mit einer NF-Einheit verbunden, so dass die gesamte Reaktionsmischung ständig über die Membran im Kreis geführt wird. Über die Permeatseite wird lactosefreie Lösung abgegeben, die dann in den Vorratsbehälter geleitet und mit dem Retentat aus der UF-Einheit vermischt wird, während das Retentat in den Reaktor zurückgeführt wird. Enzym geht auf diese Weise nicht verloren, lediglich muss verbrauchter Katalysator entweder kontinuierlich oder batchweise zugeführt werden, um eine möglichst gleichmäßige Enzymkonzentration zu gewährleisten. Inaktives Enzym sinkt im Laufe des Prozesses zu Boden und kann dann bei kurzer Unterbrechung des Verfahrens durch ein Bodenventil abgelassen werden.
    • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von lactosefreien Milchprodukten umfassend:
    1. (a) eine Ultrafiltrationseinheit UF,
    2. (b) einen Vorrats- und Mischbehälter M,
    3. (c) einen Rührreaktor R, und
    4. (d) eine Nanofiltrationseinheit NF,
      wobei
      1. (i) die Retentatseite der UF-Einheit mit dem Vorrats- und Mischbehälter und die Permeatseite mit dem Rührreaktor
      2. (ii) der Rührreaktor mit der NF-Einheit, und
      3. (iii) die Permeatseite der NF-Einheit mit dem Vorrats- und Mischbehälter und die Retentatseite als Schlaufe wieder mit dem Rührreaktor
        verbunden ist
  • Verfahren und Vorrichtung werden nachfolgend durch die Abbildung 1 näher erläutert. Die Bezugszeichen entsprechen den oben verwendeten.
    • BEISPIELE Beispiel 1
  • Magermilch wurde auf 15 °C gekühlt und kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 100 l/h über eine UF-Pilotanlage ausgestattet mit einer Spiralwickelmembran (Trenngrenze 20.000 Dalton) gegeben. Das dabei erhaltene Retentat R1 wurde in einen Sammelmischbehälter gefahren, das lactosehaltige Permeat P1 hingegen in einen kontinuierlich betriebenen Rührreaktor mit einem Fassungsvermögen von 100 l gepumpt und dort mit einer solchen Menge Lactase versetzt, dass eine Konzentration von etwa 200.000 FCC Einheiten/kg Lactose erreicht wurde. Die Mischung wurde auf pH=6 eingestellt und bei 25 °C über eine NF-Pilotanlage (Keramikmembran, Trenngrenze 1.000 Dalton) im Kreis gefahren. Dabei wurde das lactosefreie Permeat P1 in den Mischungsbehälter geleitet und mit dem Retentat R1 vermischt. Das nicht umgesetzte Lactose sowie Enzym enthaltende Retentat R2 wurde wieder in den Enzymreaktor zurückgeführt. Das sich im Sammelbehälter befindende Endprodukt wies eine Lactosekonzentration von weniger als 0.1 Gew.-% auf und war frei von Enzymen und Enzymabbauprodukten.
    • Beispiel 2
  • Magermilch wurde mit einer Temperatur von 30°C kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 120 l/h über eine UF-Pilotanlage ausgestattet mit einer Spiralwickelmembran (Trenngrenze 15.000 Dalton) gegeben. Das dabei erhaltene Retentat R1 wurde in einen Sammelmischbehälter gefahren, das lactosehaltige Permeat P1 hingegen in einen kontinuierlich betriebenen Rührreaktor mit einem Fassungsvermögen von 100 l gepumpt und dort mit einer solchen Menge Lactase versetzt, dass eine Konzentration von etwa 200.000 FCC Einheiten/kg Lactose erreicht wurde. Die Mischung wurde auf pH=6 eingestellt und bei 25 °C über eine NF-Pilotanlage (Keramikmembran, Trenngrenze 500 Dalton) im Kreis gefahren. Dabei wurde das lactosefreie Permeat P1 in den Mischungsbehälter geleitet und mit dem Retentat R1 vermischt. Das nicht umgesetzte Lactose sowie Enzym enthaltende Retentat R2 wurde wieder in den Enzymreaktor zurückgeführt. Das sich im Sammelbehälter befindende Endprodukt wies eine Lactosekonzentration von weniger als 0.1 Gew.-% auf und war frei von Enzymen und Enzymabbauprodukten.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung von lactosefreien Milchprodukten, bei dem man
    (a) Magermilch einer Ultrafiltration oder einer Kombination aus Dia- und Ultrafiltration unterwirft,
    (b) das lactosefreie Retentat R1 in einen Vorratsbehälter und das lactosehaltige Permeat P1 in einen Enzymreaktor leitet,
    (c) dem Permeat P1 eine zum enzymatischen Abbau der darin enthaltenen Lactose ausreichende Menge Lactase zusetzt,
    (d) die so erhaltene Reaktionsmischung einer Nanofiltration unterwirft,
    (e) das lactosefreie Permeat P2 in den Vorratsbehälter fördert und mit dem lactosefreien Retentat R2 vermischt und
    (f) das Retentat R2, welches noch nicht umgesetzte Lactose und Enzym enthält wieder in den Enzymreaktor zurückführt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man es entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich durchführt.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ultrafiltration der Magermilch mittels einer Membran aus Edelstahl, Polymerwerkstoffen, Keramik, Aluminiumoxid oder textilen Geweben einsetzt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ultrafiltration der Magermilch mit Membranen durchführt, die einen Porendurchmesser von etwa 1.000 bis 50.000 Dalton aufweisen.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ultrafiltration der Magermilch bei Temperaturen im Bereich von 4 bis 55°C durchführt.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse bei einer Enzymkonzentration von etwa 180.000 bis 250.000 FCC-Einheiten Lactase pro kg umzusetzender Lactose durchführt.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse bei einer Temperatur im Bereich von 23 bis 27 °C durchführt.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse bei einem pH-Wert im Bereich von 6 bis 7 durchführt.
  9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nanofiltration des Hydrolyseproduktes mittels einer Membran aus Edelstahl, Polymerwerkstoffen, Keramik, Aluminiumoxid oder textilen Geweben einsetzt.
  10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nanofiltration des Hydrolyseproduktes mit Membranen durchführt, die einen Porendurchmesser von etwa 100 bis 2.000 Dalton aufweisen.
  11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nanofiltration des Hydrolyseproduktes bei Temperaturen im Bereich von 4 bis 55°C durchführt.
  12. Vorrichtung zur Herstellung von lactosefreien Milchprodukten umfassend:
    (a) eine Ultrafiltrationseinheit UF,
    (b) einen Vorrats- und Mischbehälter M,
    (c) einen Rührreaktor R, und
    (d) eine Nanofiltrationseinheit NF,
    wobei
    (i) die Retentatseite der UF-Einheit mit dem Vorrats- und Mischbehälter und die Permeatseite mit dem Rührreaktor
    (ii) der Rührreaktor mit der NF-Einheit, und
    (iii) die Permeatseite der NF-Einheit mit dem Vorrats- und Mischbehälter und die Retentatseite als Schlaufe wieder mit dem Rührreaktor
    verbunden ist.
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